穿斗式木构架结构与轻型木结构抗震性能振动台试验研究

通过1∶2比例穿斗式木构架结构和轻型木结构模型的振动台试验,对这两种结构的抗震性能进行了研究。结果表明：穿斗式木构架在峰值加速度在0~0.5g的地震激励下,柱顶水平加速度反应会减小,动力放大系数在0.46~0.57之间,柱顶位移会增大,在输入峰值加速度大于0.4g后,柱与础石之间会产生较大的滑移,卯榫节点也会产生较大变形,从而耗散大量的地震能量,使得该结构具有明显的减震效果;轻型木结构模型则在峰值加速度大于0.4g地震激励下,柱顶加速度动力放大系数大于1,且轻型木结构模型在峰值加速度0.5g地震激励下,仍处于弹性状态。     

传统民居穿斗式木构架抗震性能振动台试验研究

为研究西南地区木结构传统民居的抗震性能,对一个位于7度抗震设防烈度地区的两层、两跨穿斗式木构架进行模拟地震振动台试验。试验中选用3条天然波和1条人工波作为输入地震波,对模型结构的动力特性、加速度响应、位移响应、地震剪力及耗能能力进行分析。研究结果表明：随着输入加速度峰值的增加,模型结构自振频率减小,阻尼比增大。在加速度峰值为022g的地震作用后,模型结构X向和Y向的一阶自振频率分别降低了1069%和1997%,相应阻尼比分别增大到1606%和1747%。结构各层加速度放大系数随着加速度峰值的增加而降低,檐柱顶处的加速度放大系数在整个结构中最小,说明檐柱顶处榫卯节点在振动过程中减震作用明显。在加速度峰值为022g的地震作用下,结构最大层间位移角为1/53,此时未见模型有显著破坏,表明模型木构架具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。整个试验过程中,一层柱架耗能作用最大,柱脚耗能作用最小。     

抗震设防高烈度区阻尼器增强穿斗式木结构模型振动台试验

为验证剪切型阻尼器对穿斗式木结构建筑的增强加固效果,将16个扇形剪切型阻尼器安装在穿斗式木结构四角柱榫卯节点处,分别对原结构(无控结构)模型和安装有阻尼器的结构(有控结构)模型进行峰值加速度由0.14g逐步增大至0.95g(9度多遇~9度极罕遇)的地震波激励振动台试验。对试验模型动力特性和地震响应对比分析结果表明:有控结构模型始终保持弹性状态,结构模型X向自振频率仅在输入峰值加速度0.95g地震波激励后出现下降,由1.907 Hz降为1.587 Hz,Y向自振频率始终保持3.052 Hz;Y向阻尼器发挥作用更为明显,对刚度较小部位以提供附加刚度为主,对刚度较大部位以提供附加阻尼为主,有控结构模型最小动力放大系数大于无控结构模型的,其最大动力放大系数均小于无控结构模型的;最大层间位移角均发生在Kobe波激励下结构二层层间,有控结构模型最大层间位移角大部分小于无控结构模型的;扇形剪切型阻尼器作为9度高抗震设防烈度区穿斗式木结构建筑增强加固措施是适宜的。     

传统民居穿斗式木结构栓榫节点抗震性能试验研究

以川西传统民居穿斗式木结构中的栓榫节点为研究对象，参照当地典型工程，制作了4个缩尺比为1∶1.33的榫卯节点，并对其进行低周反复加载试验，得到了栓榫节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律以及耗能能力等抗震性能指标；利用ABAQUS软件建立有限元模型，分析梁截面高度和栓子截面尺寸对榫卯节点承载力的影响。结果表明：节点的破坏形态主要为半榫节点榫头拔出、采用方形栓子节点榫头发生剪切破坏、采用圆形栓子节点榫头发生折断破坏；柱子基本完好，榫头破坏较为严重；所有节点的弯矩-转角滞回曲线均呈Z形，滞回环的捏拢效应较为明显；采用方形栓子节点的受弯承载力、转动刚度和耗能能力均大于半榫节点，且随着方形栓子截面尺寸的增大而逐渐增大；栓榫试件破坏时节点转角均大于半榫试件，说明栓子的存在能够提高榫卯节点的变形能力；枋截面高度对榫卯节点承载力影响较大，方形栓子边长和圆形栓子直径分别为10~30mm和10~20mm时较为合理。研究结果可为传统民居穿斗式木结构的定量参数化设计和抗震性能分析提供参考。     

两层轻型木结构足尺房屋模型模拟地震振动台试验研究

轻型木结构房屋在既往的地震中表现出良好的抗震性能,同时也存在某些方面的不足。对一个两层、足尺、长宽高为6m×6m×6.3m的木框架房屋进行了67个工况的振动台试验,考虑了一层横墙的门洞宽度变化和结构平面布置不对称等研究参数。试验结果表明:在0.2g以下的地震中,模型处于弹性状态;在0.55g的地震中,即使经过多次重复地震,并且一层开洞率达到60%,模型结构仍然不会发生倒塌;结构布置不对称时,结构的加速度和位移反应均较对称结构强烈,并且存在明显的扭转效应。对称结构在0.1g、0.2g和0.4g的地震中,模型结构的最大层间位移角约为1/500、1/250和1/80。试验研究的结果表明,与模型结构类似的对称轻型木结构房屋能够满足我国建筑抗震设计规范(GB50011-2001)中的8度抗震设防要求。     

古代殿堂式木结构建筑模型振动台试验研究

对按照《营造法式》制作的古代殿堂式木结构建筑心间缩尺模型进行了模拟振动台试验研究。选用E l Centro波、Taft波、兰州波作为输入地震动。测量了台面、柱脚、柱头、木梁的位移和加速度响应。对模型的破坏形态、自振周期、阻尼比、动力响应、滞回耗能进行了分析。试验结果表明:自振周期T的变化范围为0.48~0.67s,阻尼比ξ的变化范围为0.029~0.046,模型的自振周期和阻尼比随着地震加速度的增强而增大;模型的动力放大系数β<1,且随着地震加速度的增强而减小;铺作层、柱础层都是通过摩擦滑移来耗能,柱架榫卯节点的耗能能力最强,在模型的耗能、减震中起着主要作用。     

内嵌砖墙穿斗木结构振动台试验研究

为研究南方地区传统砖木结构民居的抗震性能,设计制作了一个1:2缩尺的内嵌砖墙穿斗木结构模型,通过振动台试验对模型结构的破坏形态、动力特性、加速度及位移响应进行了分析.结果表明:7度多遇地震时,木构架与内嵌砖墙连接良好,内嵌砖墙显著增加了木构架的抗侧刚度,结构位移反应显著减小,纵、横向最大位移角分别为1/1360和1/1...     

穿斗式木结构钩榫节点抗震性能研究

为研究传统民居穿斗式木结构钩榫节点的抗震性能，参照西南地区典型木结构建筑，按1∶1.33缩尺比制作了5个不同榫头尺寸的钩榫节点和1个半榫节点，对其进行低周往复加载试验，研究节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、耗能与变形能力。采用ABAQUS有限元软件对钩榫节点进行数值模拟，进一步分析了榫头与卯口部位的应力分布，以及榫尖高度和榫大头长度对钩榫节点受弯承载力的影响。结果表明：钩榫节点破坏形态主要表现为榫尖受剪破坏、榫头变截面处的木材撕裂和榫头折断，半榫节点破坏形态为榫头脱出卯口，柱和穿枋基本完好；钩榫节点弯矩-转角滞回曲线呈反“Z”形且正反向不对称；加载后期等效黏滞阻尼系数增大，节点耗能持续增大；钩榫节点变形能力较强，破坏转角可达0.08～0.12 rad,榫头横纹受压应力达到其抗压强度，柱卯口应力远小于其抗压强度；适度增大榫尖高度和减小榫大头长度均能有效提高钩榫节点的受弯承载力。     

穿斗式木结构边节点传力特性及分析

穿斗式木结构是木构架的主要形式之一,整体结构的高度完整性是其特点之一,这种构架以柱直接承檩,故称为穿斗式结构。在榫头和卯口不断转动挤压的过程中,会产生较大的变形。为进一步研究穿斗式木结构边节点在受到往复荷载时传力特性,利用ANSYS对其进行有限元分析,得出其弯矩—转角滞回曲线并进行分析。研究结果表明:普通直透榫节点在承受往复荷载的过程中能够耗散一定的能量,并且在往复循环荷载的作用下,榫头和卯口之间产生了较大的滑移,随着控制位移的增加,滑移量也逐渐加大。     

湖南省某穿斗木结构设计及抗震性能分析

为研究穿斗式木结构的结构特性及抗震性能,以位于湖南省抗震设防烈度6度区的穿斗式木结构图书馆为原型,在考虑节点半刚性特性的基础上,通过ETABS软件进行建模,对结构进行内力、变形计算和截面验算,并通过时程计算得到结构在多遇地震作用下的柱底剪力、层间位移角等地震响应。结果表明:榫卯节点在受力过程中经历了弹性阶段和塑性变形阶段;穿斗木结构在小震作用下整体变形特性良好,中震作用下结构的侧向变形较大;在地震作用下,柱脚易出现拉力,失效模式表现为柱脚滑移导致局部破坏,在工程中可采用锚杆或插板螺栓连接的方式对柱脚进行锚固。     

砖木结构振动台试验研究

在调查研究的基础上,提出了符合农村抗震地区情况的砖木结构房屋构造方案,通过1/4缩尺模型振动台试验,研究了砖木结构房屋在不同地震烈度下的反应,验证了所提出房屋构造方案的正确性,为促进砖木结构房屋在广大农村地震区的推广奠定了基础.     

钢-钢筋混凝土塔式组合结构模型振动台试验研究

对一利用太阳能发电的钢-钢筋混凝土塔式组合结构原型进行1/18缩尺比模型设计,并开展了模型结构模拟地震振动台试验,以研究结构的抗震性能。通过分析试验中加速度响应、位移响应和应变响应,得到钢-钢筋混凝土塔式组合结构在地震激励作用下的受力性能。结果表明：钢-钢筋混凝土塔式组合结构底部在水平向地震作用下,承受巨大的剪力,最早出现严重的水平向贯通性破坏裂缝;加速度放大系数沿着结构高度升高而逐渐增大;随着台面激励加速度输入值的增大,加速度放大系数逐渐减小;位移反应随着结构高度增加而逐渐增大,塔顶结构有明显的鞭梢效应;8度罕遇地震作用下,X向最大位移172mm;混凝土筒壁最薄处,结构应变反应最大。钢塔顶结构的塔柱底部和底部斜杆应力较大,出现了局部屈曲变形。     

钢筋混凝土框架结构模型模拟地震振动台试验

以4层附加柔性连接填充墙钢筋混凝土模型框架振动台试验为背景,设计并制作了1/8比例微粒混凝土整体结构模型,进行了模拟地震振动台试验研究,根据相似系数由模型结构试验结果反应反推原型结构的动力反应,结果表明,原型结构的层间位移与最大位移角均满足我国抗震规范要求。     

夹心保温砌体房屋振动台试验研究

黏土砖是我国北方地区广泛使用的主要建筑材料。通过水平灰缝和竖向灰缝连接成整体砖墙,承受竖向荷载和水平荷载。传统的砌体墙热工性能差,在我国最寒冷的地区其厚度可达半米,过大的厚度,一方面使建筑自重过大,抗震能力较差,另一方面也占用较大的居住面积。为解决这一矛盾,文中研究的夹心保温砌体砖墙黏土夹层砖墙是通过在钢筋网连接的两层较薄的砖墙之间插入隔热层,形成夹心保温砌体房屋。为研究其抗震性能,对一个1/2比例的4层黏土夹层砖墙结构进行不同地震烈度下的振动台试验,对其抗震性能进行试验评估,包括动力特性和响应、破坏模式、荷载和变形能力以及损伤演化等。试验结果表明：由于水平拉结钢筋网和构造柱的约束,外墙、保温层和内墙能较好地协同工作;黏土夹芯砖墙结构能满足我国《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)规定的7度抗震设防的要求。     

整体钢框架内嵌加气混凝土填充墙板足尺模型振动台试验研究

为了研究内嵌加气混凝土（ALC）墙板对框架结构抗震性能的影响,进行了带内嵌ALC填充开洞墙板的两层钢框架结构足尺模型振动台试验。采用了预埋连接节点以减少板材连接对墙板造成的损伤,并采用自攻螺钉对窗口部位进行加固。试验研究了框架的振动特性及墙板的损伤情况,分析了内嵌加气混凝土墙板对钢框架结构的频率、阻尼比、刚度、楼层加速度以及楼层位移的影响。研究表明：带加气混凝土墙板钢框架结构的层间抗侧刚度较纯钢框架的提高了111%;结构的阻尼比为6.94%,大于结构设计中3%的标准;墙板位移比钢框架位移略小,表明该连接节点具有一定减震效果;模型结构的加速度放大系数随地震烈度的增加而逐渐增加,表明结构逐渐进入塑性状态;在8度罕遇地震作用下,墙板位移角达到1/49且未发生墙板脱落或者坍塌现象,仅墙板有较小损伤,表明墙板及连接节点具有良好的抗震性能。     

半主动变阻尼结构的振动台试验研究

本文对新设计的一种新型磁流变阻尼器的力学性能进行了试验研究。通过试验,建立了阻尼器的力学模型。将阻尼器安装在一1:6三层钢框架结构模型上,进行了模拟地震振动台试验。试验中采用被动和半主动控制方法,输入不同的地震波,对结构进行了振动控制研究,了解半主动变阻尼结构的动力特性。振动台试验结果表明,在输入不同地震波时,被动控制的减振效果变化较大,而半主动控制对结构在不同地震波输入下均有较好的减振效果,另外,磁流变阻尼器在结构中的安装位置不同对结构的减振效果也有一定的影响。最后论文对比研究了被动控制结构和半主动控制结构动力反应试验结果及弹塑性分析结果,试验与计算结果符合较好。     

大跨隔震结构竖向地震响应的振动台试验研究

为研究大跨隔震结构竖向地震响应,首先对一大跨网架隔震结构1∶20的缩尺模型进行了振动台试验,对比研究隔震前后模型的动力特性及其在双向和三向地震动输入下的加速度及位移等动力反应,进而对大跨隔震结构的网架和一般楼层(首层和转换层)的竖向减震效果进行了分析。结果表明大跨隔震结构的网架在双向地震和三向地震输入下都具有非常明显的水平减震效果,且减震率大于一般楼层;大跨隔震结构的一般楼层基本没有竖向减震效果,而在输入地震强度比较小的情况下网架竖向加速度基本没有减小,甚至稍有放大,但随着输入地震强度的增加,网架的竖向加速度减震率逐渐提高;对于网架的竖向位移响应,基础隔震模型在罕遇地震下有较明显的减震效果。最后建立了相应大跨隔震结构与非隔震结构的有限元分析模型,并对隔震支座进行参数优化,结果表明屈重比取4%～6%时,大跨网架隔震结构具有较小的基底剪力。     

装配式方钢管混凝土柱框架-条板复合墙结构足尺振动台试验研究

为研究装配式方钢管混凝土（CFSST）柱框架-条板复合墙结构的抗震性能,对一个两层房屋足尺模型实施了振动台试验,分析了模型在不同工况下的损伤累积过程,研究了模型动力特性和地震响应的变化规律。结果表明：随着地震波峰值加速度的增大,模型自振频率逐渐降低;在地震波峰值加速度为0.7g前阻尼比逐渐增大,之后略降;楼层加速度放大系数介于1.2～1.8之间,且呈降低趋势。模型在8度基本、8度罕遇地震动作用下的最大层间位移角满足规范限值要求,且残余位移较小。模型内力变化具有阶段性特征：在墙板裂缝贯通前,条板复合墙是主要的抗侧力构件,而CFSST柱框架内力较小;裂缝贯通后,条板复合墙通过内部的摩擦错动一定程度上耗散了台面振动能量,是主要的耗能构件;最终条板复合墙裂解为多个单一条板,但仍具有较强的抗倒塌能力。总体上,条板复合墙和CFSST柱框架变形协调,共同工作性能良好,且墙体拉结措施可靠,符合规范要求。     

高层结构振动台试验动力模型应用研究

以广州某复杂高层结构振动台试验为例,详细介绍了高层结构动力模型振动台试验的模型设计、模型施工、试验方案选取等过程并通过有限元分析,分析了振动台试验与有限元分析之间的误差,提出了高层结构振动台试验需要进一步研究的一些问题。